Forscher der Rice University und der Guangdong University of Technology haben ein innovatives Verfahren entwickelt, das das Prinzip der medizinischen Dialyse auf die Behandlung von hochsalzhaltigen Industrieabwässern überträgt.
Diese Methode ermöglicht nicht nur die Trennung von Salz- und organischen Bestandteilen, sondern eröffnet auch neue Möglichkeiten zur Ressourcennutzung und zur Senkung von Energie- und Wasserverbrauch. Besonders Industrien wie die Petrochemie, Pharmazeutik und Textilbranche könnten von dieser Entwicklung profitieren.
Effiziente Abwasserbehandlung ohne hydraulischen Druck
Das Verfahren basiert auf der Diffusion durch eine halbdurchlässige Membran, die Salze in einen separaten Frischwasserstrom transportiert, während organische Stoffe im ursprünglichen Abwasser verbleiben. Anders als druckbetriebene Membranverfahren benötigt die Dialyse keinen hydraulischen Druck, wodurch das Risiko von Ablagerungen (Fouling) deutlich minimiert wird.
Durch den Verzicht auf hydraulischen Druck arbeitet das System stabiler und benötigt weniger Wartung. Dies verlängert die Lebensdauer der eingesetzten Membranen und reduziert Betriebskosten für Unternehmen.
Ressourcenrückgewinnung stärkt die Kreislaufwirtschaft
Ein zentraler Vorteil des Verfahrens liegt in der Möglichkeit zur Rückgewinnung wertvoller Ressourcen. Die aus dem Abwasser extrahierten Salze und Chemikalien können wiederverwendet werden. Dies fördert nicht nur die Kreislaufwirtschaft, sondern senkt auch die Kosten für die Entsorgung oder den Zukauf von Materialien.
„Über die reine Abwasserbehandlung hinaus bietet dieses Verfahren das Potenzial, wertvolle Ressourcen zurückzugewinnen“, erklärt Professor Menachem Elimelech von der Rice University.
Anwendungspotenzial in verschiedenen Industrien
Zahlreiche Industriebereiche, darunter die Petrochemie, Pharmazeutik und Textilindustrie, erzeugen Abwässer mit hohem Salzgehalt. Diese stellen eine Herausforderung für bestehende Behandlungsmethoden dar, da der hohe Salzgehalt die Effektivität biologischer Verfahren und Oxidationstechniken beeinträchtigt.
Thermische Verfahren sind zwar technisch möglich, jedoch sehr energieintensiv und wartungsaufwendig, da Korrosion und Verstopfungen häufig auftreten. Auch druckbetriebene Membransysteme wie Ultrafiltration leiden unter starker Membranverschmutzung, was den Wasserverbrauch und die Betriebskosten erhöht.
Die Dialyse bietet hier eine effiziente und ressourcenschonende Alternative, indem sie Frischwasser spart, Energieverbrauch reduziert und die Betriebseffizienz steigert.
Unterstützende Technologien und kombinierte Ansätze
Obwohl die Dialyse das Abwasser nicht vollständig reinigt, bereitet sie dieses für weitere Behandlungsverfahren optimal vor. Die reduzierte Salzkonzentration macht biologische Prozesse, Oxidationstechniken oder Zero-Liquid-Discharge-Systeme effizienter und kostengünstiger.
„Die Kombination von Dialyse mit bestehenden Technologien bietet einen nachhaltigen Ansatz für die Behandlung komplexer Abwässer“, ergänzt Professor Zhangxin Wang von der Guangdong University of Technology.
Forschungsergebnisse mit praxisnahem Fokus
Die Wirksamkeit des Dialyseverfahrens wurde in einer Kombination aus Laborexperimenten und mathematischen Modellen untersucht. Die Forscher evaluierten den Salz- und Wassertransport durch verschiedene Membranen und optimierten die Diffusionsmechanismen. Das Verfahren zeigte eine hohe Resistenz gegen Fouling und eine präzise Trennung von Salz- und organischen Bestandteilen.
Darüber hinaus bietet das Verfahren Skalierungspotenzial, um die spezifischen Anforderungen verschiedener Industrien zu erfüllen. Dies macht es zu einer flexiblen Lösung, die an unterschiedliche Abwasserkategorien angepasst werden kann.
Ausblick: Nachhaltige Abwasserbehandlung für die Industrie
Das Dialyseverfahren zeigt vielversprechende Ergebnisse für eine nachhaltige und kosteneffiziente Abwasserbehandlung. Es eröffnet Industrien neue Möglichkeiten, den Wasserverbrauch zu senken, Ressourcen zurückzugewinnen und Betriebskosten zu reduzieren. Gleichzeitig leistet es einen wichtigen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft und zur Minimierung der Umweltauswirkungen industrieller Prozesse.
Forscher sehen in der Dialyse eine praktikable Lösung für komplexe Abwässer, die durch nachhaltige Ansätze weiterentwickelt und ergänzt werden kann.
Originalpublikation: Chen, Y., Wang, L., del Cerro, M. et al. Dialysis opens a new pathway for high-salinity organic wastewater treatment. Nat Water (2025). https://doi.org/10.1038/s44221-024-00368-6